运算放大器参数：每个设计人员都需要知道的

运算放大器（op-amps）是由电容器、电阻器和晶体管组成的复杂电路，可用于放大和比较不同的电压。然而，当与其他外部元件一起使用时，它们可用于制造许多不同类型的电路，因此，几乎可以在现有的每个电子电路中找到。

为应用选择运算放大器并非易事，那么哪些参数会影响运算放大器电路，设计人员为什么要关心？

运算放大器特性

理想的运算放大器是具有两个电压输入和一个输出的组件，该输出将电压输入之间的差乘以无穷大。理想的运算放大器还具有无限输入电阻和零输出电阻，这使它们成为完美的测量电路。然而，真正的运算放大器是由实际元件组成的，这意味着它们的特性远非理想，这些非理想特性会对它们的电路产生明显的影响。

在大多数情况下，逆变器和基本放大器等简单电路可以忽略这些非理想特性，但测量小信号的更高级电路需要考虑它们（例如，测量心率的DIY ECG需要具有高输入阻抗（即高输入电阻）的专用仪表放大器）。

输入电压****范围

输入电压范围是运算放大器在其输入引脚上可以接受的电压范围。该特性通常有两个需要仔细考虑的组件：近地检测和近轨检测。虽然运算放大器的输入可能能够达到或跨越0 V，但运算放大器可能无法检测接近地电位的电压（例如低于10 mV）。如果运算放大器测量小信号，则必须进行近地检测。这同样适用于电源轨，如果输入电压接近运算放大器电源的电压，则可能无法检测到输入电压。常见的工业运算放大器LT1493具有近地检测功能，但不能放大大于VCC = 1.5 V的电压。

开环增益/带宽

在讨论运算放大器时，增益是指运算放大器的放大因数。例如，增益为10的放大因子为10，使得1V的信号被放大到10V。在开环配置（即无反馈）下，运算放大器的理想增益为无穷大，但实际运算放大器的开环增益有限。开环增益可用于确定比较器的灵敏度，例如，0.1 mV的电压差可能产生5 V的电压输出变化，这可能不合适。但开环增益通常与带宽有关，带宽决定了运算放大器在闭环放大器电路中使用时的工作速度。单位增益带宽较低的运算放大器在较高频率下增益较小，因此负反馈放大器在这些频率下无法按预期工作。例如，AD8608的带宽增益积为10 MHz，明显高于LT1493，后者的增益带宽积为1.2 MHz。

输出电压摆幅

运算放大器的输出电压摆幅是运算放大器可以提供的输出电压范围。基于 BJT 的旧设计（例如 741）能够获得 ±2 V 电源的输出电压范围，因此，如果运算放大器由 ±15V 电源供电，则最大/最小电压为 ±13 V。基于MOSFET的较新设计可能包括轨到轨输出级，该级允许输出完全摆动至任一电源。例如，AD8574TRUZ运算放大器具有轨到轨能力，采用1 V电源供电，输出负载为4 kΩ时，输出电压范围为998 mV至5.10 V。

输出电阻

理想运算放大器的输出电阻为零，而实际运算放大器的非零输出电阻有限。在放大器电路需要放大小信号然后驱动次级电路的情况下，这可能会导致问题。理想的次级电路将具有无限电阻，因此来自运算放大器的所有电压都传输到次级电路，但由于该级也将具有有限的输入电阻，因此只有来自运算放大器的部分输出电压将被传输。运算放大器的输出电阻还取决于其配置以及是否使用负反馈（负反馈通常会降低输出电阻）。运算放大器（如ADA4075-2）具有40mA输出电流能力，可实现非常低的闭环输出阻抗，例如<1 Ω至100kHz。

输出短路电流

运算放大器的这一特性对于确定运算放大器电路是否能够驱动次级电路非常重要。例如，运算放大器比较器可用于检测 PIR 传感器何时检测到入侵者，然后打开继电器以启用安全灯的电路中。但是，继电器可能需要较大的线圈驱动电流（例如V30A继电器上的23105 mA]），因此，短路电流过小的运算放大器将无法驱动继电器。因此，需要一个外部驱动器级，它可以是专用驱动器IC，甚至可以是单位增益配置中的另一个运算放大器（即增益为1的放大器）。源电流和灌电流的输出短路电流也可能不同。例如，LTC6363IMS8具有高达40 mA的灌电流短路能力，但可提供高达90 mA的电流。

功耗/电源电流

在低功耗应用中，运算放大器的电源电流可能是一个非常重要的考虑因素，因为电流消耗与元件的功耗以及可能调节电源的线性稳压器浪费的能量高度相关。然而，消耗大量电流的运算放大器不一定具有较大的功耗，这就是为什么在选择运算放大器时应考虑这两个数字的原因。如果低功耗很重要，那么标有"毫微功耗"的运算放大器具有极低的静态电流消耗，因此具有令人难以置信的小功耗，从而延长了电池寿命。例如，AD8500是一款毫微功耗放大器，非常适合便携式设备，包括烟雾报警器和PIR运动传感器，以确保安全。

结论

为工作选择合适的运算放大器可能是一个挑战。例如，一个运算放大器可能具有完美的输入电阻特性，但可能会消耗过多的电流，而另一个运算放大器能够检测近地电位，但不能完全摆动其输出。一些设计人员可能会选择组合多个运算放大器来产生具有所有所需特性的电路，这也是仪表放大器受欢迎的原因之一。无论哪种方式，每项工作总有一个运算放大器！

审核编辑 黄宇